第五章 港口水工建筑物 2014版

本章主要内容：港口水工建筑材料港口水工建筑物码头重力式码头板桩式码头高桩式码头防波堤及护岸木材石材钢材混凝土与钢筋混凝土预应力钢筋混凝土优点：具有一定的强度、弹性和韧性，能承受一定的冲击和振动荷载。缺点：多孔性、非均一性和各向异性、吸湿性、干缩湿涨性、容易腐蚀和易受虫害等1．石材的基本性能与要求：足够的抗压强度、耐久性和耐水性能，质地均匀、无显著的风化现象；不含软弱夹层、不含粘土夹杂物和黄铁矿等。主要特点？2．岩石分类：岩浆岩——由地幔或地壳的岩石经熔融或部分熔融的物质如岩浆冷却固结形成的沉积岩——地壳表层母岩的风化物、火山物质、有机物质等沉积岩的原始物质成份，经流水侵蚀、搬运、堆积，在新物质不断的堆积压密以及一定的地质作用下，矿物质将沉积物紧紧的胶结在一起而形成的一类岩石变质岩——由岩浆岩或沉积岩受到地壳变动或熔融岩浆的高温高压作用之后，变质而形成花岗岩石灰岩砂岩片麻岩大理岩1、按照钢材的品种分为：型钢、管材、棒材、钢筋、线材2、按钢筋的强度分类：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级钢筋、冷处理钢筋、热处理钢筋我国水工建筑工程中常用的钢筋有热轧钢筋、拎拉钢筋、冷轧带肋钢筋及热处理钢筋四种热轧钢筋——将钢材在高温状态下轧制而成的，由于钢筋的性质相对较软，常称之为软钢；冷拉钢筋——由热轧钢筋在常温下用机械拉伸而成，冷拉后钢筋内部组织结构发生变化，其屈服强度提高，性质变脆，常称之为硬钢；冷轧带肋钢筋——由热轧圆盘条（母材）经冷轧减小直径后在其表面冷轧成带有斜肋的钢筋，可明显提高强度，但性质变脆；热处理钢筋——将热轧螺纹钢筋再通过淬火和回火热处理。钢板桩断面图a)U形钢板桩b)双U形板桩组合c)平板形钢板桩d)Z形钢板桩大直径钢管桩（管材）盘条钢绞线a)软钢b)硬钢钢材的主要特点（与石材比较）？钢筋力学特性曲线普通混凝土：由水泥、砂、石料用水拌合硬化后形成的人工石材。钢筋混凝土：钢筋和混凝土这两种性能不同的材料结合在一起受力，主要是由于他们之间有良好的粘结力，能牢固地结成整体，当构件承受外荷载时，钢筋和混凝土具有相同变形而共同工作。特点？混凝土强度——混凝土强度等级按立方体抗压强度标准值确定。立方体抗压强度标准值——指按标准方法制作养护的边长为150mm的立方体试块，在28d龄期，用标准试验方法测得的具有95％保证率的抗压强度。混凝土强度等级用符号C和立方体抗压强度标准值（MPa）表示。强度种类符号混凝土强度等级C10C15C20C25C30C35C40C45C50C55C60C65C70C75C80轴心抗压fc5.07.510.012.515.017.519.521.523.526.028.030.533.035.037.5轴心抗拉ft0.650.901.101.301.501.651.801.902.002.102.202.302.402.452.55基本概念：为了充分利用高强度材料，弥补混凝土与钢筋拉应变之间的差距，人们把预应力运用到钢筋混凝土结构中去，即在外荷载作用到构件之前，预先用某种方法，在构件上受拉区施加预压应力，当构件承受由外荷载产生的拉力时，首先抵消混凝土中已有的预压力，然后随荷载增加，才能使混凝土受拉而后出现裂缝，因而延迟了构件裂缝的出现和开展。(原理图见后）特点？施加预应力的方法：先张法、后张法（a）预应力作用；（b）使用荷载作用；（c）预应力和荷载共同作用预应力混凝土简支梁结构的基本原理（正为拉应力，负为压应力）一、码头的分类：1．按码头前沿横断面：直立式、斜坡式、浮式、半直立式和半斜坡式。2.按结构型式：重力式、板桩式、高桩式及混合式等。结构型式组成部分重力式码头板桩码头高桩码头主要作用主体结构上部结构胸墙帽梁或胸墙梁板及靠船构件使码头形成整体，承受船舶及地面荷载并传入下部结构，形成码头面下部结构墙身板桩墙桩支撑上部结构，形成直立岸壁，将力传入地基基础抛石基床将上部荷载均匀传至地基，较小对地基的压力其它墙后回填拉杆、锚定结构档土结构码头附属设备系船设备、防冲设备、安全设备、工艺设备、路面船舶系靠及装卸作业1．使用条件2．自然条件3．施工条件4．经济条件1.定义——施加在结构上的集中力和分布力，以及引起结构外加变形和约束变形的原因，总称为结构上的作用2．作用的分类1）按时间因素分类：永久作用、可变作用、偶然作用2）按空间位置变化分类：固定作用，自由作用3）按结构的反应分类：静态作用、动态作用3．结构可靠度理论4.几种主要荷载的确定定义：重力式码头依靠结构的自重抵抗建筑物的滑动和倾斜。组成：重力式码头由墙身、墙胸、基础、墙后减压棱体和码头设备组成。优点缺点适用条件施工顺序1、重力式码头的一般特点一、重力式码头结构形式及特点１）胸墙和墙身：是重力式码头的主体结构，挡土、承受并传递外力、构成整体、便于安装码头设备。２）基础：⑴扩散、减小地基应力，降低码头沉降；⑵有利于保护地基不受冲刷；⑶便于整平地基，安装墙身。2、主要组成及作用３）墙后回填：（主要指抛石棱体，倒滤层）形成码头面，减小土压力，减小水土流失。４）码头设施：供船舶系靠，装卸作业。重力式码头的结构型式主要取决于墙身结构１）按墙身结构型式分：方块码头，沉箱码头，护壁码头，大直径圆筒码头，格形钢板桩码头，干地施工的现浇砼和浆砌石码头等。3、结构形式干地现浇或砌筑的结构水下安装预制结构2）按施工方法分：1、按断面形式分1）、阶梯式：断面和底宽较大，材料用量较多，横断面方向整体性差，且地基应力不均匀。2）、衡重式：土压力减小，重心靠后，基底应力分布均匀，横断面方向整体性好，但结构重心靠上，抗震性能差，且衡重式断面在施工重存在后倾稳定问题。3）、卸荷板式：土压力小，节约混凝土材料，重心后移增加了稳定性；地基受力均匀，结构整体性好，材料用量少，施工方便二、方块码头阶梯式重力式码头卸荷板式重力式码头2、按块体型式分1）、实心方块：制作方便，耐久性好，施工维修简便，但砼或石料用量大，若起重设备能力足够，地基承载力好，材料供应充足，宜选用这种型式。2）、空心方块：有底空心：外形尺寸大，抗倾能力大（填料全部参加抗倾），基底应力较小，但易断裂。无底空心：抗倾能力小，基底的局部应力集中，仅用于小码头。3）、异型方块：结构轻型，材料较省，土压力较小（空腔内不完全填满石料），造价低，但施工中稳定性差，基底局部应力集中，一般用于小码头。优点：整体性好，抗震能力强，施工速度快，水下工作量少，造价低；缺点：钢材用量大，耐久性不如方块结构，且需专门的预制下水设备；适用：当地有沉箱预制场或工程量较大，工期短的大型码头。三、沉箱码头矩形对称式沉箱码头(尺寸单位：cm，高程单位：m)不对称式沉箱码头(尺寸单位：m，高程单位：m)优点：结构简单，施工速度快，节省材料，造价低；缺点：整体性差，耐久性差；适用：有起重运输设备，有预制能力的情况或有干地施工条件。四、扶壁码头扶壁码头扶壁式码头(尺寸单位：cm，高程单位：m)五、重力式码头计算结构强度计算重力式码头稳定性验算滑移稳定性验算、倾覆稳定性验算、整体稳定性验算（最不利荷载）基床、地基承载力验算沉降计算（均匀沉降，不均匀沉降）一、组成与作用：板桩码头由板桩、拉杆、锚碇结构、胸墙（或冒梁和导梁）及码头设备组成。二、特点与适用：第四节板桩码头单锚钢筋混凝土板桩码头(尺寸单位：cm，高程单位：m)定义：又称薄壁码头，它是利用板桩下部入土部分的侧向土抗力来维持结构的整体稳定三、板桩码头的结构型式1．无锚板桩2．单拉杆锚碇板桩码头（前图）3．双（多）拉杆锚碇板桩码头（下左图）4．斜拉桩式板桩码头（下有图）5．主桩板桩结合板桩码头（后图）尺寸单位：cm，高程单位：m主桩板桩结合的板桩码头(尺寸单位：cm，高程单位：m)1．板桩钢筋混凝土板桩、钢板桩2．导梁、帽梁与胸墙3．锚定结构4．拉杆四、板桩码头的一般构造钢筋混凝土板桩断面形式a)矩形b)T形c)I字形d)圆形钢筋混凝土板桩构造图常用的锚定结构形式一、高桩码头的组成与作用高桩码头由上部结构（桩台或承台）、桩基以及岸坡（包括接岸结构）等部分组成。第五节：高桩码头定义：高桩码头是以桩台和桩基为基本构件组成的一种码头结构型式二、高桩码头的主要优缺点及适用条件三、高桩码头的结构型式1．梁板式高桩码头2．无梁板式高桩码头3．框架式高桩码头4．大管桩梁板式码头宽桩台式高桩码头(尺寸单位：cm，高程单位：m)无梁板式高桩码头(尺寸单位：cm，高程单位：m)双层框架的高桩码头(尺寸单位：cm，高程单位：m)四、高桩码头的一般构造1．桩基（预制）：直桩与斜桩（叉桩）；钢筋混凝土方桩；钢筋混凝土大管桩；钢管桩。2．桩帽（现浇）3．横梁4．纵粱（预制）5．面板与面层现浇板预制板叠合板横梁断面形式及接头构造a)矩形b)倒T形c)花篮形d)倒梯形空心面板的断面与结构形式a)圆形空心b)D形空心c)长圆形空心防波堤与护岸防波堤是沿海港口工程的重要组成部分。防波堤组要用来防护港口水域不受风浪的影响，维护港内水域的平稳，保证船舶在港内安全停泊和进行装卸作业。还可以阻拦泥沙进入港内淤积，防止流冰侵入港内，防波堤内侧可兼做码头。防波堤类型及适用条件斜坡式防波堤：地基差，地材石料，水深浅。耗材多，易滚动。直立式防波堤（低基床）：水深大，地基好，维修少。消浪差，碎浪水压力大直立式防波堤（高基床）透空式防波堤：水深大，无防沙要求浮式防波堤：不受地基和水深影响，易建易拆。设备复杂喷气式防波堤：空气幕。设备在水面一下，不影响通航，投资少。运行费较大。喷水式防波堤：喷射水流，阻碍水流、碎浪。运行费用高。护岸护岸的作用在于保护海岸不受侵蚀，保护陆域。斜坡式护岸；直立式护岸